Design of Scalable Intra-prediction Architecture for H.264 Decoders

H.264 복호기를 위한 스케일러블 인트라 예측기 구조 설계

  • Lee, Chan-Ho (School of Electronic Engr., Soongsil University)
  • 이찬호 (숭실대학교 정보통신전자공학부)
  • Published : 2008.11.25

Abstract

H.264 is a video coding standard of ITU-T and ISO/IEC, and widely spreads its application due to its high compression ratio more than twice that of MPEG-2 and high image quality. It has different architecture depending on demands since it is a lied from small image of QVGA to large size of HD. In this paper, We propose a scalable architecture for intra-prediction of H.264 decoders. The proposed scheme has a scalable architecture that can accommodate up to 4 processing elements depending on performance demands and can reduce the number of access to memory using efficient memory management so as to be energy-efficient. We design the intra-prediction unit using Verilog-HDL and verily it by prototyping using an FPGA. The performance is analyzed using the results of design.

H.264는 ITU-T와 ISO/IEC의 최신 동영상 압축 코덱 규격으로 MPEG-2보다 2배 이상의 압축률과 고화질로 최근 그 적용 영역을 급격히 넓혀 가고 있다. H.264는 QVGA급의 작은 영상부터 HD 크기의 넓은 영상까지 다양하게 적용되므로 응용 분야에 따라 그 구조가 달라진다. 본 논문에서는 H.264 복호기의 인트라 예측기에 대해 응용 분야에 따라 구조를 쉽게 확장할 수 있는 스케일러블(scalable) 구조를 제안하고 이 구조에 따라 인트라 예측기를 설계하여 동작과 성능을 검증하였다. 제안된 구조는 인트라 예측기 내부의 연산기 수를 $1{\sim}4$개까지 변화시키면서 성능을 4배까지 향상시킬 수 있다. 또한 효율적인 버퍼 관리를 통해 메모리 접근을 최소화 하여 전력 소모를 줄였다 제안된 인트라 예측기는 Verilog-HDL을 이용하여 설계하고 FPGA상에서 동작을 검증하였다. 이를 바탕으로 연산기 수에 따른 인트라 예측기의 성능을 분석하였다.

Keywords

References

  1. T. Wiegand, H. Schwarz, A. Joch, F. Kossentini, and G. J. Sullivan, "Rate-constrained coder control and comparison of video coding standards," IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Technology, vol. 13, pp. 688-703, July 2003 https://doi.org/10.1109/TCSVT.2003.815168
  2. I. E. G. Richardson, "H.264 and MPEG-4 VIDEO COMPRESSION," John Wiley & Sons, pp.159-224, 2003
  3. W. Zouch, A. Samet, M. A. Benayed, F. kossentini and N. Masmoudi, "Complexity analysis of Intra prediction in H.264/AVC," IEEE International Conference on Microelectronics, vol.1, pp.713-717, 2004
  4. Y. W. Huang, B. Y. Hsieh, T. C. Chen and L. G. Chen, "Analysis, fast algorithm, and VLSI architecture design for H.264/AVC intra frame coder," IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Technology, vol.15, pp.378-401, 2005 https://doi.org/10.1109/TCSVT.2004.842620
  5. T.-C. Chen, C. J. Lian, and L.-G. Chen, "Hardware architecture design of an H.264/AVC video codec," Asia and South Pacific Design Automation Conference, pp. 750-757, Jan. 2006
  6. S. M. Park and et.al, "VLSI Implementation of H.264 Video Decoder for Mobile Multimedia Application," ETRI Journal, vol.28, pp.525-528, 2006 https://doi.org/10.4218/etrij.06.0206.0009
  7. 윤철환, 정용진, "모바일 환경에서의 H.264/AVC를 위한 인트라 예측기의 구현 및 검증," 전자공학회논문지-SD, 44권 12호, pp. 93-101, 2007.12